Koji su osnovni pojmovi kinematike? Što je to znanost i što proučava? Danas ćemo govoriti o tome što je kinematika, koji se osnovni pojmovi kinematike odvijaju u zadacima i što oni znače. Uz to, razgovarajmo o količinama s kojima najčešće imamo posla.
Kinematika. Osnovni koncepti i definicije
Prvo, razgovarajmo o tome što je to. Jedan od najproučavanijih dijelova fizike u školskom kolegiju je mehanika. Slijede ga neodređenim redoslijedom molekularna fizika, elektrika, optika i još neke grane, kao npr. nuklearna i atomska fizika. Ali pogledajmo pobliže mehaniku. Ova grana fizike bavi se proučavanjem mehaničkog gibanja tijela. On uspostavlja neke obrasce i proučava svoje metode.
Kinematika kao dio mehanike
Potonji je podijeljen u tri dijela: kinematika, dinamika i statika. Ove tri podznanosti, ako ih možete tako nazvati, imaju neke posebnosti. Na primjer, statika proučava pravila za ravnotežu mehaničkih sustava. Odmah mi pada na pamet asocijacija na vagu. Dinamika proučava zakone gibanja tijela, ali pritom obraća pažnju na sile koje na njih djeluju. Ali kinematika radi isto, samo se sile ne uzimaju u obzir. Posljedično, masa tih istih tijela nije uzeta u obzir u zadacima.
Osnovni pojmovi kinematike. Mehaničko kretanje
Predmet u ovoj znanosti je materijalna točka. Shvaća se kao tijelo čije se dimenzije, u usporedbi s određenim mehaničkim sustavom, mogu zanemariti. Ovo takozvano idealizirano tijelo slično je idealnom plinu, koji se razmatra u dijelu molekularne fizike. Općenito, pojam materijalne točke, kako u mehanici općenito, tako iu kinematici posebno, igra prilično važnu ulogu. Najčešće se smatra takozvanim translacijskim pokretom.
Što to znači i što bi moglo biti?
Obično se pokreti dijele na rotacijske i translacijske. Osnovni pojmovi kinematike translacijskog gibanja uglavnom se odnose na veličine korištene u formulama. O njima ćemo kasnije, ali za sada se vratimo na vrstu kretanja. Jasno je da ako govorimo o rotaciji, onda se tijelo vrti. Prema tome, translacijsko kretanje će se zvati kretanje tijela u ravnini ili linearno.
Teorijska osnova za rješavanje problema
Kinematika, čije osnovne koncepte i formule sada razmatramo, ima ogroman broj zadataka. To se postiže uobičajenom kombinatorikom. Jedna metoda raznolikosti ovdje je promjena nepoznatih uvjeta. Jedan te isti problem može se prikazati u drugačijem svjetlu jednostavnom promjenom svrhe njegovog rješenja. Potrebno je pronaći udaljenost, brzinu, vrijeme, ubrzanje. Kao što vidite, postoji puno opcija. Ako ovdje uključimo uvjete slobodnog pada, prostor postaje jednostavno nezamisliv.
Vrijednosti i formule
Prvo, napravimo jednu rezervaciju. Kao što je poznato, količine mogu imati dvojaku prirodu. S jedne strane, određena brojčana vrijednost može odgovarati određenoj vrijednosti. Ali s druge strane, može imati i smjer distribucije. Na primjer, val. U optici smo suočeni s takvim konceptom kao što je valna duljina. Ali ako postoji koherentni izvor svjetlosti (isti laser), onda imamo posla sa snopom ravnih polariziranih valova. Dakle, val će odgovarati ne samo brojčanoj vrijednosti koja pokazuje njegovu duljinu, već i danom smjeru širenja.
Klasični primjer
Takvi slučajevi su analogija u mehanici. Recimo da se ispred nas kotrlja kolica. Poprirodu kretanja, možemo odrediti vektorske karakteristike njegove brzine i ubrzanja. To će biti malo teže učiniti kada se krećete naprijed (na primjer, na ravnom podu), pa ćemo razmotriti dva slučaja: kada se kolica kotrlja gore i kada se kotrlja dolje.
Zamislimo da se kolica lagano penju uzbrdo. U tom slučaju će se usporiti ako na njega ne djeluju vanjske sile. Ali u obrnutoj situaciji, naime, kada se kolica kotrljaju, ubrzat će se. Brzina je u dva slučaja usmjerena prema mjestu gdje se objekt kreće. Ovo treba uzeti kao pravilo. Ali ubrzanje može promijeniti vektor. Prilikom usporavanja usmjerava se u smjeru suprotnom od vektora brzine. Ovo objašnjava usporavanje. Sličan logički lanac može se primijeniti na drugu situaciju.
Druge vrijednosti
Upravo smo govorili o tome da u kinematici oni rade ne samo sa skalarnim veličinama, već i s vektorskim. Sada idemo korak dalje. Osim brzine i ubrzanja, pri rješavanju problema koriste se karakteristike poput udaljenosti i vremena. Usput, brzina se dijeli na početnu i trenutnu. Prvi od njih je poseban slučaj drugog. Trenutačna brzina je brzina koja se može pronaći u bilo kojem trenutku. A s početnim je vjerojatno sve jasno.
Zadatak
Veliki dio teorije proučavali smo mi ranije u prethodnim odlomcima. Sada ostaje samo dati osnovne formule. Ali učinit ćemo još bolje: nećemo samo uzeti u obzir formule, već ih i primijeniti pri rješavanju problema kako bismofinalizirati stečeno znanje. Kinematika koristi cijeli niz formula, kombinirajući koje, možete postići sve što trebate riješiti. Evo problema s dva uvjeta da biste to u potpunosti razumjeli.
Biciklist usporava nakon prelaska ciljne crte. Trebalo mu je pet sekundi da se potpuno zaustavi. Doznajte s kojim je ubrzanjem usporio, kao i koliki je put kočenja uspio prijeći. Kočni put se smatra linearnim, konačna brzina se uzima jednakom nuli. U trenutku prelaska ciljne linije brzina je bila 4 metra u sekundi.
Zapravo, zadatak je prilično zanimljiv i nije tako jednostavan kao što se na prvi pogled čini. Ako pokušamo uzeti formulu udaljenosti u kinematici (S=Vot + (-) (na ^ 2/2)), onda od toga neće biti ništa, budući da ćemo imati jednadžbu s dvije varijable. Kako postupiti u takvom slučaju? Možemo ići na dva načina: prvo izračunati akceleraciju zamjenom podataka u formulu V=Vo - at, ili izraziti ubrzanje odatle i zamijeniti ga u formulu udaljenosti. Koristimo prvu metodu.
Dakle, konačna brzina je nula. Početna - 4 metra u sekundi. Prenošenjem odgovarajućih veličina na lijevu i desnu stranu jednadžbe postižemo izraz za ubrzanje. Evo ga: a=Vo/t. Dakle, bit će jednako 0,8 metara u sekundi na kvadrat i imat će karakter kočenja.
Idite na formulu udaljenosti. U njega jednostavno zamjenjujemo podatke. Dobijamo odgovor: zaustavni put je 10 metara.
